液滴撞击现象广泛存在于自然界和工程实际中，控制液滴撞后运动对于许多业、农业领域的应用至关重要。近年来，人们对于液滴撞击刚性表面的运动进行了系统的研究。然而，植物叶片和昆虫翅膀等很多生物材料是柔软的，这种特征使得它们在承受雨滴冲击时具有优异的力学特性和生物功能。由于液滴与柔性表面撞击过程中存在复杂的固液相互作用以及高度耦合的变形行为，因此为预测和调控柔性表面液滴动力学带来了巨大的挑战。

        当雨滴落在一片柔软且具有超疏水性的金丝草叶片上，叶子可以灵活地将雨滴抛向各个方向（图1）；当雨滴落在一片超疏水的玻璃上，其反弹方向则几乎保持不变。河南农业大学宋美荣教授团队和清华大学冯西桥教授团队受上述自然现象启发，采用弹性超疏水悬臂梁作为基底，提出了一种精准调控液滴弹跳运动的新方法，并实现了液滴反弹方向和落点位置的理论预测和程序化控制。该成果以“Target slinging of droplets with a flexible cantilever”为题发表在《Droplet》期刊上（封面文章）。

图1 液滴撞击金丝草叶片、超疏水玻璃片和弹性尼龙纤维编织材料的动态过程

        为了阐明基底弹性的影响，研究者通过理论建模和数值模拟揭示了其在控制液滴运动、调节固液之间的力传递和能量转换方面的重要性。基于双向流固耦合的计算方法，发现弹性悬臂梁不仅有利于降低系统能量损耗，而且大幅减小了液滴对固体表面的冲击力，相比刚性结构，弹性悬臂梁受到的最大冲击力可减小约40%（图2）。

图2 液滴撞击弹性悬臂梁的流固耦合数值模拟结果

        定量的实验结果和量纲分析进一步揭示了液滴反弹方向关于韦伯数和悬臂梁刚度的标度律（图3），由此提出了弹性基底上液滴反弹方向的预测方法。并实现了液滴编程化定向投掷和精准传输（图4）。

图3 液滴反弹方向的预测

图4 定向投掷和精准传输的液滴弹弓

        这项工作促进了人们对液滴撞击自然现象的理解，为液滴和能量输运开辟了一条新途径，并在预测植物病原体传播等方面具有潜在应用。相较于其他液滴定向弹跳调控方法，该策略具有精度高、范围广、制备成本低、抑制液滴破碎等优势。

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